超轻量化空间主动反射镜技术

　　1引言

　　传统的反射镜通常使用刚性的玻璃毛坯，它可以承受抛光载荷，发射载荷以及最终的工作环境。这些反射镜通常由低膨胀玻璃制成，并具有后闭的构型，以达到较高的刚度/币量比。这种结构的玻璃其截面必须具有足够的厚度(》lmm) ，以保证能够安全地加土、抛光和发射。反射镜木身也必须具有足够的厚度(大约为直径的10%)>以达到足够的刚度。尽管人们在反射镜轻量化方ICI投入了大量的研究土作，但这种几何形状决定了大型反射镜质量密度必须在30kg / m2以上。美国亚利桑那大学已研制了两个这样的反射镜，一个是用十大型双筒望远镜，直径为8. 4m >币量16000kg的主反射镜;另一个是用十哈勃空间望远镜的，直径为2. 4m>重830k;的主反射镜。

         研究人员提出了一个新的反射镜设计方案，该方案不依靠玻璃木身的高刚度和高稳定性，但可以获得轻量化程度更高的反射镜。图1表示了这个基本设想，主要包括以下几点:

　　·用镀有反射膜的弯曲玻璃板作为光学表面。从较厚的玻璃基体上取下一片玻璃制作这块玻璃板，得到低应力的光学元件，为了得到最优的性能，采用了在指定土作温度下有较小膨胀系数的玻璃;

　　·通过驱动器阵列主动控制支撑这块玻璃板;使用远距离驱动精密螺距螺妊作为驱动器。由于它们有较小的重复性步长，所以具有较高的刚性，不需要能量保持其位置并日‘可在低温下工作;

　　·用优选的复合材料支撑结构保持系统刚性;刚性结构由复合碳纤维层粘接成的很薄的元件制成;

　　·通过波前传感器的输入，使驱动器调节自身的位置，保持反射镜的形状。

　通过星光定位，主动控制完成了补偿基体的不稳定性，制造误差和展开误差。

　　与固定式反射镜相比，主动控制反射镜具有以下几点优势:,已降低了对结构的热稳定性的要求(较大的温度变化或温度梯度易产生反射镜结构的不稳定)，还可以调节在反射镜服役期间由于材料不稳定性而带来的反射镜形状的变化，而且玻璃最初不必在大ICI积内抛光得到很高的精度。由于玻璃板可以通过变形校正得到所需的ICI形，这种反射镜可以自动校正任何引起镜面变形的因素。事实上，如果这种反射镜使用快速驱动器和控制电路便可实时一地消除大气的相位影响。为保证系统的可靠性，反射镜使用的驱动器数目多十所需的数目，如果一个驱动器发生故障，它可以拆下不用。失去任何一个驱动器，甚至失去一对相邻的驱动器，都不会给反射镜的形状带来明显影响。而日，驱动器不需要电压或指令保持其位置。如果碳纤维结构能在数周内保持稳定，反射镜ICI形也可在数周内不必调节。当反射镜需要调节时，其ICI形误差可用亮星成像，并用相位补偿算法测量。